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CA 03059193 2019-10-04
WO 2018/185404 PCT/FR2018/050774
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Procédé pour mesurer la quantité de gaz introduite dans un
réservoir et station de remplissage
L'invention concerne un procédé pour mesurer la quantité de gaz introduite
dans un réservoir ainsi qu'une station de remplissage.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé pour mesurer la
quantité de gaz introduite dans un réservoir de gaz via une station) de
remplissage munie d'un conduite de remplissage comprenant une extrémité
amont reliée à au moins une source de gaz sous pression et une extrémité aval
raccordée à un réservoir à remplir, la conduite de remplissage comprenant un
débitmètre et au moins une vanne d'isolation aval disposée entre le débitmètre
et
l'extrémité aval de la conduite de remplissage, le procédé comprenant une
étape
de transfert de gaz depuis la source vers un réservoir durant laquelle la
vanne
d'isolation aval est ouverte, une étape d'interruption du transfert de gaz
avec une
fermeture de vanne aval, le procédé comprenant une étape de mesure, par le
débitmètre, de la quantité de gaz transférée au cours de l'étape de transfert.
Les stations de remplissage de réservoirs de gaz sous pression,
notamment les réservoirs de gaz carburant de véhicules, nécessitent de mesurer
la quantité de gaz introduite dans le réservoir avec un niveau de précision
relativement élevé. Ceci s'applique en particulier au remplissage de
réservoirs
d'hydrogène gazeux sous pression.
Cette quantité doit être mesurée en vue de sa facturation (de la même
façon qu'un carburant liquide).
Dans le cas d'un gaz, par exemple l'hydrogène, de nombreux paramètres
ont de l'influence sur la mesure de cette quantité (pression, température,
volume,
débit...).
Cette quantité dépend en particulier des conditions initiales (pression dans
le réservoir avant remplissage notamment) et finales (pression après
remplissage
notamment). Cette quantité est également difficile à mesurer car généralement
une quantité de gaz présente dans le circuit est purgée à l'extérieur après le
remplissage. Cette purge est prévue pour abaisser la pression dans le flexible
de
la conduite de remplissage pour permettre à l'utilisateur de déconnecter
l'extrémité
de la conduite de remplissage du réservoir.
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Idéalement il faudrait mesurer le débit de gaz transférer au plus près du
réservoir (au niveau de la buse de remplissage). Cependant, pour des raisons
industrielles et techniques cette mesure de débit est en fait réalisée plus en
amont. Ainsi, une partie du gaz mesuré par de débitmètre n'est pas transférée
dans le réservoir et risque d'être facturée au client.
Pour mesurer au plus juste la quantité de gaz transférée (et donc facturée)
il est connu de ne pas compter le gaz qui est utilisé le cas échéant lors de
test
avant le remplissage (des impulsions de gaz peuvent être prévues pour des
tests
d'étanchéité et/ou pour calculer le volume du réservoir ou d'autres
paramètres).
Un but de l'invention est de proposer un procédé et/ou un dispositif
permettant une amélioration de précision de la mesure de cette quantité de gaz
réellement fournie au réservoir.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des
inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la
définition
générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé
en
ce qu'il comprend une étape de génération d'un signal de quantité de gaz
transféré corrigée obtenu en réduisant ou en augmentant d'une quantité
déterminée corrective la quantité de gaz transféré mesurée par le débitmètre
au
cours de l'étape de transfert.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter
l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le signal de quantité de gaz transféré corrigée est stocké et/ou transmis
et/ou affiché,
- le signal de quantité de gaz transféré corrigée est utilisé dans une étape
de calcul d'une facturation de la quantité de gaz introduite dans le
réservoir,
- la quantité déterminée corrective de gaz est une quantité fixe,
- la quantité déterminée corrective est comprise entre un et cinquante
grammes et de préférence entre deux et vingt grammes et notamment entre cinq
et dix grammes,
- la pression finale dans le réservoir ou dans la conduite de remplissage à
la fin de l'étape de transfert est mesurée ou estimée et en ce que la quantité
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déterminée corrective est une quantité qui varie en fonction de cette pression
finale, notamment proportionnellement,
- la quantité déterminée corrective de gaz est retirée à la quantité de gaz
transféré mesurée et est comprise entre 9 et 7,4 grammes lorsque la pression
finale dans le réservoir à remplir ou dans la conduite de remplissage est
comprise
entre 850 et 700bar et comprise entre 7,4 et 6,3 grammes lorsque la pression
finale dans le réservoir (2) à remplir ou dans la conduite de remplissage est
comprise entre 700 et 600bar,
- la quantité déterminée corrective de gaz est une quantité qui varie en
fonction de la température du gaz dans le réservoir à remplir ou dans la
conduite
de remplissage,
- la conduite de remplissage comprend, en aval de la vanne d'isolation
aval,
une vanne de purge commandé pour évacuer à l'extérieur de la conduite de
remplissage au moins une partie du gaz sous pression emprisonné dans la partie
aval de conduite de remplissage après l'étape de transfert, le procédé
comprenant, après l'étape de transfert, une étape de purge de la conduite de
remplissage comprenant une ouverture de la vanne de purge, la quantité
déterminée corrective de gaz étant la quantité de gaz calculée ou mesurée
évacuée via la vanne de purge,
- la quantité déterminée corrective de gaz est calculée par une équation des
gaz parfaits ou réels appliquée au gaz dans la partie aval de la conduite de
remplissage avant l'étape de purge et après l'étape de purge à partir des
paramètres suivants : le volume connu de la conduite de remplissage en aval de
la vanne d'isolation aval, la pression finale mesurée dans le réservoir à
remplir ou
dans la conduite de remplissage à la fin de l'étape de transfert avant l'étape
de
purge, la température mesurée ou estimée du gaz dans le réservoir à remplir ou
dans la conduite de remplissage, la nature connue du gaz et notamment sa masse
molaire, la pression dans la conduite de remplissage après l'étape de purge et
en
ce que la quantité corrective est le résultat de la différence entre la
quantité
calculée de gaz présent dans la partie aval de la conduite de remplissage
avant
l'étape de purge et la quantité calculée de gaz présent dans la dans la partie
aval
de la conduite de remplissage après l'étape de purge,
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- la conduite de remplissage comprend un débitmètre de purge situé en
aval de la vanne de purge pour mesuré la quantité de gaz purgé lors de l'étape
de
purge et en ce que la quantité déterminée corrective de gaz est la quantité de
gaz
mesurée par le débitmètre de purge ou une fraction déterminée de celle-ci,
- la génération d'un signal de quantité de gaz transférée corrigée est obtenu
en soustrayant ou en ajoutant une quantité déterminée de gaz à la quantité de
gaz
transféré mesurée par le débitmètre au cours de l'étape de transfert,
- le débitmètre est du type générant des signaux électriques sous forme
d'impulsions successives correspondant chacune à une quantité élémentaire de
gaz mesurée, la génération d'un signal de quantité de gaz transférée corrigée
étant obtenue en soustrayant ou en ajoutant une quantité déterminée
d'impulsions
à la somme d'impulsions générées par le débitmètre au cours de l'étape de
transfert,
- la station de remplissage comprend un dispositif électronique de
traitement et de stockage de données, comprenant notamment un
microprocesseur ou un ordinateur, ledit dispositif électronique étant
configuré pour
recevoir un signal représentatif de la quantité de gaz transféré mesurée par
le
débitmètre au cours de l'étape de transfert et pour calculer et/ou recevoir
et/ou
transmettre et/ou afficher le signal de quantité de gaz transféré corrigée,
- la quantité déterminée corrective de gaz est un pourcentage déterminé de
la quantité de gaz mesurée par le débitmètre au cours de l'étape de transfert.
L'invention concerne également une station de remplissage de réservoirs
de fluide sous pression, notamment pour le remplissage de réservoirs
d'hydrogène sous pression, comportant une conduite de remplissage comprenant
une extrémité amont reliée à au moins une source de gaz sous pression et au
moins une extrémité aval destinée à raccordée à un réservoir à remplir, la
conduite de remplissage comprenant un débitmètre et au moins une vanne
d'isolation aval disposée entre le débitmètre et l'extrémité aval de la
conduite de
remplissage, la au moins une vanne étant pilotée pour permettre une étape de
transfert de gaz depuis la source vers le réservoir, le débitmètre étant
configuré
pour mesurer la quantité de gaz transférée et générer un signal correspondant,
la
station comprenant un dispositif électronique de traitement et de stockage de
données, comprenant notamment un microprocesseur ou un ordinateur, le
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dispositif électronique étant configuré recevoir le signal du débitmètre et
pour
générer un signal de quantité de gaz transféré corrigée obtenu en réduisant ou
en
augmentant d'une quantité déterminée corrective la quantité de gaz transféré
mesurée par le débitmètre au cours du transfert.
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L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif
comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la
description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue schématique et partielle illustrant un
exemple de structure et de fonctionnement d'une station de remplissage selon
un
premier mode de réalisation possible de l'invention,
- la figure 2 représente une vue schématique et partielle illustrant un
exemple de structure et de fonctionnement d'une station de remplissage selon
un
second mode de réalisation possible de l'invention.
La station 1 de remplissage de réservoirs de fluide sous pression
schématisée à la figure 1 comprend classiquement une conduite 4 de remplissage
comprenant au moins une extrémité 3 amont reliée à au moins une source 5 de
gaz sous pression et au moins une extrémité 8 aval destinée à raccordée à un
réservoir 2 à remplir.
La source de gaz (hydrogène notamment) peut comprendre au moins l'un
parmi : un ou plusieurs réservoirs de gaz sous pression, notamment plusieurs
réservoirs raccordés en parallèle pour un remplissage en cascade, un
compresseur, une source de gaz liquéfié et un vaporiseur, et/ou tout autre
source
de gaz sous pression appropriée.
L'extrémité aval comprend par exemple au moins un tuyau flexible dont
l'extrémité terminale comprend un raccord, de préférence un raccord rapide,
permettant sa liaison étanche avec l'entrée d'un réservoir 2 ou d'un circuit
de
remplissage d'un réservoir 2 (notamment de véhicule).
La conduite 4 de remplissage comprenant un débitmètre 9 et au moins une
vanne 6 d'isolation aval disposée entre le débitmètre et l'extrémité aval 8 de
la
conduite 4 de remplissage. La vanne 6 d'isolation est de préférence une vanne
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pilotée pour permettre une étape de transfert de gaz depuis la source 5 vers
le
réservoir 2 lorsqu'elle est ouverte.
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Le débitmètre 9, de préférence du type à effet Coriolis est configuré pour
mesurer la quantité de gaz transférée et générer un signal correspondant (un
signal électrique de préférence).
La station 1 comprend un dispositif 12 électronique de traitement et de
stockage de données, comprenant notamment un microprocesseur ou un
ordinateur. Ce dispositif 12 électronique est configuré pour recevoir le
signal du
débitmètre 9 et pour générer un signal de quantité de gaz transféré corrigée
obtenu en réduisant ou en augmentant d'une quantité déterminée corrective la
quantité de gaz transféré mesurée par le débitmètre 5 au cours du transfert.
De préférence le dispositif 12 électronique peut être configuré pour
commander tout ou partie des vannes 6, 10 ou organes de la station et/ou pour
recevoir des mesures 15 de pression et/ou de température dans le circuit 4 de
remplissage (en amont et/ou en aval de la vanne 6 d'isolation aval). En
particulier,
préférence le dispositif 12 électronique peut être configuré pour commander le
transfert de gaz vers le réservoir (contrôle du débit et/ou des sources...).
De plus, le dispositif 12 électronique peut comprendre ou être associé à
une interface homme machine comprenant par exemple un afficheur 13 et/ou un
terminal 14 de paiement et/ou de saisie ou d'identification. Le dispositif 12
électronique peut comprendre des moyens de communication sans fil pour
transmettre ou recevoir ces données ou/ou d'autres données. En particulier,
tout
ou partie des moyens de calcul et/ou de stockage de données et/ou d'affichage
et/ou de facturation peuvent être déportés de la station 1 (via internet ou un
réseau local et utilisant par exemple des applications sur téléphone sans fil)
Comme illustré, la conduite 4 de remplissage comprend également de
préférence en outre une vanne 10 de purge située en aval de la vanne 6
d'isolation aval.
La vanne 10 de purge est de préférence commandée pour évacuer à
l'extérieur de la conduite 4 de remplissage au moins une partie du gaz sous
pression emprisonné dans la partie aval de conduite 4 de remplissage après une
étape de transfert (à la fin d'un remplissage). Le gaz purgé est évacué à
l'atmosphère ou dans une zone 20 de récupération.
En réduisant ou en augmentant d'une quantité déterminée corrective la
quantité de gaz transféré mesurée par le débitmètre 5 au cours de l'étape de
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transfert il est ainsi possible d'afficher et/ou de facturer à l'utilisateur
une quantité
de gaz qui est plus proche ou égale à la quantité de gaz réellement transférée
dans le réservoir 2.
La quantité déterminée corrective de gaz peut être une quantité fixe (par
exemple une masse de gaz déterminée) quelles que soient les conditions de
remplissage. Par exemple, la quantité déterminée corrective est comprise entre
un
et cinquante grammes et de préférence entre deux et vingt grammes et
notamment entre cinq et dix grammes, par exemple neuf grammes lorsque la
pression dans le réservoir en fin de remplissage est égale à 850bar et une
température maintenue à -33 C par refroidissement. Cette quantité corrective
peut
être égale à sept gramme lorsque la pression dans le réservoir en fin de
remplissage est égale à 660bar et une température de -33 C.
Par exemple, la quantité corrective sera indépendante de la pression finale
à la fin de l'étape de transfert de gaz. Cette quantité sera préétablie pour
des
conditions de pression maximales de remplissage (200 bar, 350 bar ou 700 bar
par exemple). Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir un capteur 15 de
pression dans la boucle de mesure et de calcul.
En variante ou en combinaison, cette quantité corrective est une quantité
fixe ou un pourcentage (fixe ou variable) qui est fonction (qui varie) selon
les
conditions de remplissage et par exemple la pression finale.
Ainsi, dans le cas où différents réservoirs sont remplis à des pressions
différentes, les quantités déterminées correctives pourront être différentes.
La quantité déterminée corrective peut correspondre à une valeur
prédéterminée correspondant à des conditions thermodynamiques déterminées :
volume, température une pression et/ou densité.
Par exemple, la pression finale dans le réservoir 2 ou dans la conduite 4 de
remplissage à la fin de l'étape de transfert est mesurée 15 (ou estimée) et la
quantité déterminée corrective est une quantité qui varie en fonction de cette
pression finale, notamment proportionnellement. De même, la quantité
déterminée
corrective peut être une quantité fixe selon l'intervalle de la pression
finale à la fin
de l'étape de transfert. Par exemple, (notamment pour une température de gaz
de
-33 C dans la conduite 4) et un flexible de cinq mètres de longueur et un
volume
déterminé), pour une pression finale comprise entre 850et 700bar cette
quantité
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corrective peut être comprise entre 9 et 7,4 grammes tandis que pour une
pression finale comprise entre 700 et 600bar cette quantité corrective peut
être
comprise entre 7,4 et 6,3 grammes.
De mêmeja quantité déterminée corrective est une quantité fixe selon
l'intervalle de pression à la fin de l'étape de transfert et comprise entre 11
et 5
grammes lorsque la pression dans le réservoir à remplir ou dans la conduite 4
de
remplissage est comprise entre 850 et 700 bar et comprise entre 8 et 2,5
grammes lorsque la pression dans le réservoir 2 à remplir ou dans la conduite
4
de remplissage est comprise entre 700 et 400bar_et comprise entre 6 et 1gramme
.. lorsque la pression dans le réservoir 2 à remplir ou dans la conduite 4 de
remplissage est comprise entre 400 et 200bar.
Par exemple, la quantité déterminée corrective de gaz est retirée à la
quantité de gaz transféré mesurée et est comprise entre 9 et 6 grammes lorsque
la pression finale dans le réservoir à remplir ou dans la conduite de
remplissage
est comprise entre 850 et 600bar..
La quantité déterminée corrective de gaz peut éventuellement varier
également en fonction de la température du gaz dans le réservoir 2 à remplir
ou
dans la conduite 4 de remplissage.
La quantité déterminée corrective de gaz peut éventuellement varier en
fonction du volume du réservoir 2 (connu ou mesuré) et/ou du volume connu ou
mesuré du circuit 4 de remplissage.
La quantité déterminée corrective de gaz peut être la quantité de gaz
calculée ou mesurée évacuée via la vanne 10 de purge.
Par exemple la quantité de gaz purgée peut être estimée à partir du volume
connu dans le circuit 4 entre la vanne 6 d'isolation aval et l'extrémité 8
aval, de la
pression 15 mesurée dans cette partie de circuit 4, de la température mesurée
ou
estimée dans cette partie de circuit 4, des caractéristiques du gaz (sa
nature, sa
masse molaire...), et de la pression finale dans la conduite 4 après l'étape
de
transfert et après l'étape de purge. Sur la base de ces paramètres la densité
et/ou
la masse de gaz purgée peut être calculée.
Par exemple, la quantité déterminée corrective de gaz est calculée par une
équation d'état du gaz. Par exemple cette quantité est calculée via l'équation
des
gaz parfaits ou réels appliquée au gaz dans la partie aval de la conduite de
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remplissage avant l'étape de purge et après l'étape de purge à partir des
paramètres suivants : le volume connu de la conduite de remplissage en aval de
la vanne 6 d'isolation aval, la pression finale mesurée dans le réservoir 2 à
remplir
ou dans la conduite 4 de remplissage à la fin de l'étape de transfert avant
l'étape
de purge, la température mesurée ou estimée du gaz dans le réservoir 2 à
remplir
ou dans la conduite 4 de remplissage, la nature connue du gaz et notamment sa
masse molaire, la pression dans la conduite 4 de remplissage après l'étape de
purge. La quantité corrective peut être le résultat de la différence entre la
quantité
calculée de gaz présent dans la partie aval de la conduite 4 de remplissage
avant
l'étape de purge et la quantité calculée de gaz présent dans la dans la partie
aval
de la conduite 4 de remplissage après l'étape de purge.
Comme illustré à la figure 2, la station peut comprendre un second
débitmètre 11 de purge situé en aval de la vanne 10 de purge configuré pour
mesurer la quantité de gaz purgé lors de l'étape de purge. La quantité
déterminée
corrective de gaz est par exemple la quantité de gaz mesurée par le débitmètre
11
de purge ou une fraction déterminée de celle-ci.
La génération d'un signal de quantité de gaz transféré corrigée peut être
obtenue en soustrayant ou en ajoutant une quantité déterminée de gaz à la
quantité de gaz transféré mesurée par le débitmètre 5 au cours de l'étape de
transfert.
Cette correction peut être réalisée à la fin de l'étape de transfert et/ou de
façon dynamique pendant le transfert de gaz (par exemple de façon
progressive).
De préférence le débitmètre 5 est du type générant des signaux électriques
sous forme d'impulsions successives ( pulses ) correspondant chacune à une
quantité élémentaire de gaz mesurée. C'est-à-dire que, à chaque fois que le
débitmètre mesure le passage d'une quantité de gaz (par exemple un gramme) il
émet une impulsion. Le débit correspond au nombre d'impulsions par unité de
temps (par exemple un certain nombre de grammes par minutes).
Le signal de quantité de gaz transféré corrigée peut être obtenu en
soustrayant ou en ajoutant une quantité déterminée d'impulsions à la somme
d'impulsions générées par le débitmètre 5 au cours de l'étape de transfert.
Comme schématisé aux figures, le dispositif 12 électronique de traitement
et de stockage de données peut comprendre ou être associé un organe 16 de
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comptage des impulsions et un organe 17 de correction des impulsions
comptabilisées (ce ou ces organes 16, 17 peuvent comprendre des cartes
électroniques ou tout autre dispositif approprié).
Bien entendu le circuit 4 de remplissage peut comporter d'autre(s) éléments
5 et notamment vanne(s) 7 en amont ou en aval de la vanne 6 d'isolation
aval et/ou
un volume tampon entre le débitmètre 9 et la vanne 6 d'isolation aval, un
échangeur 19 de refroidissement du gaz en aval de la vanne 6 d'isolation aval
...
